ÖZ
Metal üretimine giden süreçteki önemli adımlardan biri olan sülfatlaştırıcı kavurma işleminde, en az araştırılan konu, oluşumu ve orijini farklı olan hammaddelerin bu işlemde nasıl davranış göstereceğidir. Böyle bir eksikliği kapatacak bu çalışmada, tüvenan yapıda, artık karakterli, pirit konsantresi ve kalkopirit konsantresi olmak üzere 4 ayrı grupta toplam 10 adet farklı yapısal özelliğe sahip numune kullanılmıştır.
Kimyasal, mineralojik özellikleri tespit edilen bu hammaddelerin öncelikle sülfatlaştırıcı kavurma-çözündürme deneyleri gerçekleştirilerek, en yüksek sülfatlaşmayı buna bağlı olarak da en yüksek metal çözünme verimini veren kavurma sıcaklığı tespit edilmiştir. DTA, TG ve DTG analizlerinin yardımıyla yapılan ısıl analizler sonunda, her numune için bakır (Cu) sülfat oluşumunun gerçekleştiği sıcaklık aralıkları tespit edilmiştir.
Gerçekleştirilen kavurma-çözündürme deney sonuçları incelendiğinde; Küre flotasyon artığı, Murgul flotasyon artığı ve Lefke artık numunesi gibi artık karakterli numunelerde 500oC’de maksimum (bakır) Cu çözünme verimi elde edilmiştir. Bunun yanı sıra farklı yapıdaki bir başka artık numunesi Divriği tesis artığı, Küre pirit konsantresi ve Küre tüvenan cevheri için 550oC, kalkopirit konsantreleri için ise 680oC maksimum bakır çözünme verimi veren sıcaklık olarak tespit edilmiştir. DTA, TG analizleri ışığında gerçekleştirilen ısıl analiz sonucunda elde edilen sülfatlaşma reaksiyonu sıcaklık aralıkları;
Murgul tüvenan cevheri : 577°C-608°C
Küre tüvenan cevheri : 545°C-563°C
Gümüştaş tüvenan cevheri : 576°C-610°C
Küre pirit konsantresi : 548°C-594°C
Divriği tesis artığı : 540°C-584°C
Murgul artık numunesi : 478°C-565°C
Küre artık numunesi : 486°C-548°C
Lefke artık numunesi : 497°C-578°C
Murgul kalkopirit konsantresi : 512°C-707°C
Küre kalkopirit konsantresi : 531°C-652°C
olarak tespit edilmiştir. Her numune için gerçekleştirilen kavurma-çözündürme deneyleri sonucu maksimum bakır (Cu) çözünme verimini veren kavurma sıcaklığı, ısıl analiz sonucunda tespit edilen sülfatlaşma reaksiyonunun meydana geldiği sıcaklık aralığında bulunmaktadır.
Bunun yanı sıra farklı yapısal özellikteki numunelerin sülfatlaştırıcı kavurma işleminde davranış farklılıklarını ortaya koymak için kalkopirit konsantreleri dışında kalan 8 adet numunenin kinetik çalışmaları gerçekleştirilerek, aktivasyon enerjileri 0- 810oC sıcaklık aralığında hesaplanmıştır. Coats-Redfern yöntemi kullanılarak gerçekleştirilen kinetik çalışma neticesinde numunelere ait aktivasyon enerjisi değerleri aşağıda verilmektedir.
Murgul tüvenan cevheri : 103,56 kJ/mol
Küre tüvenan cevheri : 63,27 kJ/mol
Gümüştaş tüvenan cevheri : 133,61 kJ/mol
Küre pirit konsantresi : 115,81 kJ/mol
Divriği tesis artığı : 83,06 kJ/mol
Murgul artık numunesi : 28,91 kJ/mol
Küre artık numunesi : 43,94 kJ/mol
Lefke artık numunesi : 26,61 kJ/mol
Daha önceki tespitlerde de görüldüğü üzere, farklı sülfatlaşma özelliği gösteren artık karakterli numuneler için kinetik hesaplamalar sonunda elde elde edilen aktivasyon enerjileri, diğer numunelere göre daha düşük seviyelerde hesaplanmıştır. En yüksek aktivasyon enerjisi Gümüştaş cevheri için 133,61 kJ/mol olarak elde edilirken, en düşük aktivasyon enerjisi Lefke artık numunesi için 26,61 kJ/mol olarak tesbit edilmiştir.
Gerçekleştirilen kavurma-çözündürme deneyleri ve ısıl analiz sonuçlarının ortaya koymuş olduğu bakır sülfat oluşum sıcaklıklarındaki bu farklılıklar numunenin tamamen orijini ve yapısı ile alakalı olmaktadır. Yüksek bakır (Cu) içerikli, çoğunlukla CuFeS2 formülüne sahip kalkopirit minerali ve FeS2 kimyasal formüle sahip pirit minerallerini içeren kalkopirit konsantrelerinde 680oC’ye kadar bir sülfatlaşma sağlanmıştır. Yapısında diğer numunelerden farklı olarak Fe2O3 kimyasal yapısıyla hematit bulunduran artık karakterindeki numunelerde ise, sülfatlaşma daha düşük sıcaklıklarda maksimum seviyede olmaktadır. Bunun yanı sıra sülfatlaşmanın bittiği, sülfatların parçalanmaya başladığı sıcaklık kalkopirit konsantrelerine göre daha düşük değerlerde olmaktadır. Artık karakterindeki numunelerin yapısında bulunan hematit ile ısıl etkiyle sonradan oluşan ikincil hematitin varlığı, düşük sıcaklıklarda meydana gelen bakır sülfatların parçalanmasını kolaylaştırmaktadır.
Bunun yanı sıra farklı orijinli bir numune olarak kullanılan Lefke artık numunesi mineralojik açıdan incelendiğinde, uzun süre atmosferik koşullarda depolanan, bunun sonucunda sıcaklık ve diğer atmosferik etkilere maruz kalarak mineral yapısında dönüşümler meydana gelmiş bir örneği temsil etmektedir. Bu numune üzerinde gerçekleştirilen mineral tanımlamaları sonunda da, sülfürlü yapıdaki minerallerin yanı sıra hematit, kuvars gibi oksitli mineraller ve ikincil oluşum hidrate metal sülfatları ihtiva ettiği tespit edilmiştir. Kavurma işlemi gerçekleşmeksizin çözünebilir yapıda olan bu artık numunesi düşük sıcaklıktan itibaren sülfatlaşma reaksiyonunu tamamlamaktadır. Yapısındaki mevcut bulunan bakır sülfatlar ve ikincil olarak oluşan bakır sülfatların parçalanması, hematitin varlığı ile düşük sıcaklıklarda başlamaktadır.
Divriği tesis artığı diğer artık karakterli numunelerden farklı özellikte olan bir numune olup, hidroksil yapıdaki bakır minerali (plancheite) ile hidroksil-sülfat yapıdaki bakır mineralinden (langite) oluşmaktadır. Ayrıca yapısında mineralojik açıdan diğer numunelerden farklı olarak demir karbonat olan siderit minerali ile demir-kobalt-arsenik minerali olan saflorit ihtiva etmektedir. Kükürt içeriğine göre en düşük kükürt (S) içeriğine sahip bu mineralin daha az miktarda pirit içerdiğini, mevcut olan demirin daha çok oksitli ve karbonatlı yapılardan kaynaklandığı söylenebilir. Bu numunenin diğer artık karakterli numunelerden farkı, sülfatlaşmanın başladığı sıcaklığın (540o ) olmasıdır. Sülfatlaşmanın bitip, bakır sülfatların parçalandığı sıcaklık diğer artık numuneleri ile yakın seviyelerdedir. Bu numunenin mineralojik yapısına bakarak mevcut bulunan hidroksil ve su ihtiva eden bakır minerallerinin varlığı sülfatlaşma reaksiyonunun diğer numunelere göre daha yüksek sıcaklıklarda başlamasına neden olduğu söylenebilir.
Tüvenan karakterli deney numuneleri ve Küre pirit konsantresinde karşılaşılan durum ise diğer numunelerden farklı olarak, sülfatlaşma reaksiyonlarının meydana geldiği sıcaklıkların Küre cevheri için 545 oC’den, Murgul cevheri için 577oC’den, Küre pirit konsantresi için 548oC’den, Gümüştaş cevheri için ise 576oC’den başlıyor olmasıdır. Tüvenan karakterli cevherlerin artık karakterli diğer numunelere göre farkı, sülfatlaşma reaksiyonunun daha yüksek sıcaklıklarda başlıyor olmasıdır. Bu durum cevherlerin daha yüksek Fe ve S içeriğine (buna bağlı olarak daha yüksek miktarda pirit varlığı) sahip olması ile ilişkilendirilebilir.
Ayrıca, maksimum sülfatlaşmanın elde edildiği sıcaklıklarda gerçekleştirilen kavurma işlemi sonunda elde edilen Cu çözünme verimleri açısından bir değerlendirilme yapılırsa; bunun kükürt (S) içeriği ile alakalı olduğu düşünülebilir. Kükürt içeriğinde meydana gelen artış, elde edilen Cu çözünme veriminide arttırmaktadır. Bir cevherin sülfatlaştırıcı kavrulması işleminde en önemli etkenlerden biride S içeriğidir. Çünkü sülfatlaşmayı sağlayan katı-gaz reaksiyonundaki gazın bir bileşenide kükürt olmaktadır.
Elde edilen aktivasyon enerjileri ile numunelere ait kimyasal özellikleri arasında bir ilişki kurulduğunda ise; kükürt (S) ve pirite bağlı demir (Fe) içeriği sülfatlaştırıcı kavurma işleminde aktivasyon enerjisini arttırıcı bir rol oynamaktadır. Ayrıca sülfürlü metal içeren numunelerin yapısında gang olarak bulunan kuvars mineralinin (SiO2) artması ile aktivasyon enerjisinde bir düşüş eğilimi görülmektedir.
Meydana gelen sülfatlaşma ve bu sülfatların bozunma koşulları farklı olmakla birlikte gerçekleştirilen XRD analizleri ile sülfatlaştırıcı kavurma işleminde bütün numuneler için oksidasyon, sülfatlaşma ve sülfatların bozunması aşağıdaki sıra ile gerçekleşmektedir;
- Piritin bozunması, demir sülfatların oluşumu ve parçalanması, hematitin oluşumu, maghemit ara mineralinin oluşumu ve son olarak manyetit oluşumu.
- Bakır sülfürlerin oksidasyonu, bakır sülfatların oluşumu, bakır oksitlerin oluşumu ve son olarak bakır ferrit oluşumu.
0 yorum:
Yorum Gönder